本發(fā)明涉及一種生物多元醇組合物與生物聚氨酯發(fā)泡材料。

背景技術(shù)：

由于石油原料儲(chǔ)存及供應(yīng)量不足的焦慮，導(dǎo)致石化價(jià)格飆漲以及石化原料來(lái)源不足的問(wèn)題日益嚴(yán)重，并且在石化產(chǎn)品生產(chǎn)、使用及廢棄銷毀過(guò)程中，也產(chǎn)生大量污染物造成許多環(huán)境的問(wèn)題。因此，世界先進(jìn)國(guó)家皆將植物型的生物材料列為極力發(fā)展項(xiàng)目，未來(lái)將取代石化原料成為重要的關(guān)鍵工業(yè)原料。在自然界中，木質(zhì)素(lignin)的儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素，全球每年約有500億噸產(chǎn)量。儲(chǔ)量豐富且成本低廉的木質(zhì)素具有極大商機(jī)，再加上木質(zhì)素具有多芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，機(jī)械性質(zhì)與耐化學(xué)品性佳，因此非常適合用來(lái)開發(fā)生物復(fù)合材料。然而，目前國(guó)際開發(fā)生物材料(如木質(zhì)素)應(yīng)用于高分子復(fù)合材料仍然十分有限，主要?dú)w因于木質(zhì)素的-OH官能基與苯環(huán)結(jié)構(gòu)多，分子作用力(如氫鍵)作用力與π-π吸引力強(qiáng)，導(dǎo)致木質(zhì)素在高分子基材中不易分散，造成添加量越多而機(jī)械性質(zhì)越差。唯有使木質(zhì)素在高分子基材中能均勻分散才能有效提升生物復(fù)合材料的機(jī)械性質(zhì)并降低成本，因此木質(zhì)素的混合分散與改性技術(shù)成為目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)最迫切需要建立的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前木質(zhì)素應(yīng)用于高分子復(fù)合材料的開發(fā)仍然十分有限。若將木質(zhì)素直接與多元醇混合并進(jìn)行發(fā)泡，由于木質(zhì)素在聚氨酯(polyurethane，PU)中分散性與穩(wěn)定性不佳，造成添加量越多壓縮強(qiáng)度則越差的結(jié)果。就磺酸鹽木質(zhì)素而言，可以離子交換方式改性木質(zhì)素后溶解于多元醇中進(jìn)行發(fā)泡，然而以離子交換方式改性木質(zhì)素相對(duì)大幅提高木質(zhì)素的成本。因此極大程度局限了這項(xiàng)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種生物多元醇組合物，其含有具有特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的表面活性劑。

本發(fā)明提供一種生物聚氨酯發(fā)泡材料，其含有上述生物多元醇組合物。

本發(fā)明的生物多元醇組合物包括多元醇、經(jīng)表面改性的木質(zhì)素以及由式1所示的表面活性劑。

其中R由C_nH_2n+1表示，n為0至3的整數(shù)；x/y介于5至13之間；a為1至100的整數(shù)；b為1至100的整數(shù)。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的多元醇例如為二元醇、三元醇、四元醇或其組合。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的多元醇與經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的重量比例如介于1∶1至100∶1之間。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的粒徑例如介于1μm至100μm之間。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的溶解度例如介于15J^0.5/cm^1.5至40J^0.5/cm^1.5之間。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的表面能例如介于25mJ/m²至70mJ/m²之間。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素例如是以改性劑包覆或吸附于木質(zhì)素的表面而形成。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素例如是借助混合木質(zhì)素與改性劑并通過(guò)研磨分散處理使改性劑包覆于木質(zhì)素的表面而得到。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的木質(zhì)素例如為磺酸鹽木質(zhì)素、堿木質(zhì)素或其組合。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的改性劑例如為具有羥基或環(huán)氧基的醇類、環(huán)氧樹脂或其組合。

在本發(fā)明的生物多元醇組合物的一實(shí)施例中，上述的多元醇與表面活性劑的重量比例如介于10∶1至1000∶1之間。

本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料為發(fā)泡組合物的反應(yīng)產(chǎn)物，且此發(fā)泡組合物包括上述的生物多元醇組合物。

在本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料的一實(shí)施例中，上述的發(fā)泡組合物還包括二異氰酸酯，其中生物多元醇組合物與二異氰酸酯的重量比例如介于0.5∶1至2∶1之間。

在本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料的一實(shí)施例中，上述的發(fā)泡組合物還包括催化劑，其中生物多元醇組合物與催化劑的重量比例如介于10∶1至10000∶1之間。

在本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料的一實(shí)施例中，上述的發(fā)泡組合物還包括發(fā)泡劑，其中生物多元醇組合物與發(fā)泡劑的重量比例如介于1∶1至1000∶1之間。

在本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料的一實(shí)施例中，上述的生物聚氨酯發(fā)泡材料含有經(jīng)表面改性的木質(zhì)素，且以生物聚氨酯發(fā)泡材料的總重量計(jì)，經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的含量例如介于5％至30％之間。

在本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料的一實(shí)施例中，上述的生物聚氨酯發(fā)泡材料含有經(jīng)表面改性的木質(zhì)素，且經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的粒徑例如介于1μm至100μm之間。

在本發(fā)明的生物聚氨酯發(fā)泡材料的一實(shí)施例中，上述的生物聚氨酯發(fā)泡材料含有表面活性劑。

基于上述，由于本發(fā)明的生物多元醇組合物含有由式1所示的表面活性劑，因此由此生物多元醇組合物形成的生物聚氨酯發(fā)泡材料可以具有較高的發(fā)泡倍率，使得此生物聚氨酯發(fā)泡材料可更有利于作為隔熱保溫材料。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉數(shù)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明如下。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例的生物多元醇組合物包括多元醇、經(jīng)表面改性的木質(zhì)素以及表面活性劑。此生物多元醇組合物經(jīng)發(fā)泡處理后可形成生物聚氨酯發(fā)泡材料，其可具有約20倍以上的發(fā)泡倍率，以作為隔熱保溫材料。以下將分別對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的生物多元醇組合物的各組成成分做詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的實(shí)施例的多元醇例如為二元醇、三元醇、四元醇或其組合，其實(shí)例可為乙二醇、聚丙二醇、二丙二醇、甘油。

本發(fā)明的實(shí)施例的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素均勻分散于上述多元醇中。經(jīng)表面改性的木質(zhì)素主要可由兩種方式形成。第一種方式是以改性劑包覆或吸附于木質(zhì)素的表面來(lái)形成經(jīng)表面改性的木質(zhì)素。上述的木質(zhì)素例如是磺酸鹽木質(zhì)素、堿木質(zhì)素或其組合。上述的改性劑例如是具有羥基或環(huán)氧基的醇類、環(huán)氧樹脂或其組合。改性劑的實(shí)例例如為多元醇，其可以是乙二醇(ethylene glycol)、聚丙二醇(polypropylene glycol，PPG)、一縮二丙二醇(dipropylene Glycol，DPG，二丙二醇)、甘油(glycerol)或其組合。以二元醇為例，因其分子兩末端均具有-OH基，因此一端的-OH基可吸附于木質(zhì)素表面以增加木質(zhì)素的分散性，而另一端的-OH基則可在后續(xù)進(jìn)行反應(yīng)以制作發(fā)泡材料。

用以形成本發(fā)明的實(shí)施例的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的第二種方式則是借助混合木質(zhì)素與改性劑并通過(guò)研磨分散處理使改性劑包覆于木質(zhì)素的表面來(lái)得到經(jīng)表面改性的木質(zhì)素。木質(zhì)素與改性劑如上所述，在此不再贅述。借助上述的研磨分散處理，可同時(shí)縮小木質(zhì)素的粒徑以及使改性劑有效地包覆于木質(zhì)素的表面，進(jìn)而可降低木質(zhì)素的表面能。經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的表面能例如可介于25mJ/m²至70mJ/m²之間。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的粒徑可介于1μm至100μm之間，例如介于10μm至60μm之間，或例如介于10μm至30μm之間。若上述的粒徑超過(guò)100μm，則木質(zhì)素易沉降而導(dǎo)致分層。此外，若上述的粒徑小于1μm，則木質(zhì)素的粘度會(huì)過(guò)高而在后續(xù)形成發(fā)泡材料時(shí)造成混合不均勻的間題。上述的研磨分散處理可為珠磨處理、球磨處理或其組合。研磨分散處理的時(shí)間可介于5分鐘至240分鐘之間。若研磨時(shí)間超過(guò)240分鐘，則會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)素的粒徑過(guò)小。此外，若研磨時(shí)間小于5分鐘，則會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)素的粒徑過(guò)大。

本發(fā)明的實(shí)施例的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的溶解度例如介于15J^0.5/cm^1.5至40J^0.5/cm^1.5之間，其粒徑例如介于1μm至100μm之間。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例的生物多元醇組合物中，多元醇與經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的重量比例如介于1∶1至100∶1，例如介于1∶1至10∶1之間，又例如介于1∶1至2∶1之間。

本發(fā)明的實(shí)施例的表面活性劑具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，

其中R由C_nH_2n+1表示，n為0至3的整數(shù)；x/y介于5至13之間；a為1至100的整數(shù)；b為1至100的整數(shù)。在本發(fā)明的實(shí)施例的生物多元醇組合物中，多元醇與表面活性劑的重量比例如介于10∶1至1000∶1之間。借助調(diào)整x/y的值，可使發(fā)泡材料的泡體穩(wěn)定，并可控制泡孔的孔徑的大小與均勻度，由此使得由本發(fā)明的實(shí)施例的生物多元醇組合物所形成的生物聚氨酯發(fā)泡材料可具有相當(dāng)高的發(fā)泡倍率(例如20倍以上)，且可將泡孔的孔徑控制在400μm至2100μm之間(例如400μm至600μm之間)，并且使得發(fā)泡材料具有良好的壓縮強(qiáng)度與較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)，以作為隔熱 保溫材料。若x/y的值小于5，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡倍率過(guò)低，使得所形成的發(fā)泡材料無(wú)法具有良好的隔熱保溫效果。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，生物多元醇組合物包括100重量份的多元醇、50至100重量份的經(jīng)表面改性的木質(zhì)素以及0.1至10重量份的表面活性劑。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，生物多元醇組合物可與二異氰酸酯組成發(fā)泡組合物，且對(duì)此發(fā)泡組合物經(jīng)進(jìn)行發(fā)泡處理來(lái)形成本發(fā)明實(shí)施例的生物聚氨酯發(fā)泡材料。上述發(fā)泡處理例如是機(jī)械發(fā)泡、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡或是超臨界發(fā)泡。在發(fā)泡組合物中，生物多元醇組合物與二異氰酸酯的重量比例如介于0.5∶1至2∶1之間。二異氰酸酯例如為脂肪族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯或其組合。配合不同的發(fā)泡處理，發(fā)泡組合物還可含有發(fā)泡劑、催化劑等。在發(fā)泡組合物中，生物多元醇組合物與催化劑的重量比例如介于10∶1至10000∶1之間，生物多元醇組合物與發(fā)泡劑的重量比例如介于1∶1至1000∶1之間，又例如介于1∶1至100∶1之間。催化劑例如為金屬鹽催化劑、胺類催化劑或其組合。發(fā)泡劑例如為水、環(huán)戊烷、二氯甲烷、丙酮、甲乙酮、正己烷、正戊烷或其組合。

本發(fā)明實(shí)施例的經(jīng)發(fā)泡處理所形成的生物聚氨酯發(fā)泡材料含有經(jīng)表面改性的木質(zhì)素與具有式1所示的表面活性劑。經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的粒徑可介于1μm至100μm之間，例如介于10μm至60μm之間，或例如介于10μm至30μm之間。以生物聚氨酯發(fā)泡材料的總重量計(jì)，經(jīng)表面改性的木質(zhì)素的含量例如介于5％至30％之間。

以下將以實(shí)施例1至實(shí)施例4以及比較例1至比較例3對(duì)本發(fā)明的生物多元醇組合物以及由其形成的生物聚氨酯發(fā)泡材料的特性做說(shuō)明。對(duì)所形成的發(fā)泡材料測(cè)試壓縮強(qiáng)度、發(fā)泡倍率與熱傳導(dǎo)系數(shù)，所得結(jié)果如表1所示。

實(shí)施例1

將45g的堿溶木質(zhì)素加入82.1g的聚丙二醇(PPG400)中，利用研磨分散機(jī)分散30分鐘后，加入2.4g的表面活性劑A(具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，x/y＝12.02)、0.11g的催化劑(錫催化劑與胺催化劑的混合物)以及4g的 發(fā)泡劑(水)并混合均勻。之后，加入137g的聚二苯基甲烷二異氰酸酯(polymeric methylene diphenyl diisocyanate，PMDI)來(lái)進(jìn)行發(fā)泡。

實(shí)施例2

除了使用表面活性劑B(具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，x/y＝8.98)來(lái)代替表面活性劑A之外，采用與實(shí)施例1相同的制備方法。

實(shí)施例3

除了使用表面活性劑C(具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，x/y＝5.64)來(lái)代替表面活性劑A之外，采用與實(shí)施例1相同的制備方法。

實(shí)施例4

除了使用表面活性劑D(具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，x/y＝5.37)來(lái)代替表面活性劑A之外，采用與實(shí)施例1相同的制備方法。

比較例1

除了使用127.1g的PPG400以及不添加木質(zhì)素之外，采用與實(shí)施例1相同的制備方法。

比較例2

除了使用表面活性劑F(具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，x/y＝2.74)來(lái)代替表面活性劑A之外，采用與實(shí)施例1相同的制備方法。

比較例3

除了使用表面活性劑G(具有由式1所示的結(jié)構(gòu)，x/y＝2.14)來(lái)代替表面活性劑A之外，采用與實(shí)施例1相同的制備方法。

表1

由表1可以清楚看出：

發(fā)泡材料應(yīng)用于隔熱材料，需提高發(fā)泡倍率至20倍以上，以降低熱傳導(dǎo)系數(shù)至接近或小于約0.035W/mK。比較例2、3均未達(dá)業(yè)界的使用標(biāo)準(zhǔn)，與比較例2、3的發(fā)泡材料(x/y的值小于5)相比，實(shí)施例1至實(shí)施例4的發(fā)泡材料(x/y的值介于5至13之間)具有較高的發(fā)泡倍率以及較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)，因此可以具有較佳的隔熱保溫效果。

此外，與比較例1的發(fā)泡材料(不含有木質(zhì)素)相比，實(shí)施例1與實(shí)施例2的發(fā)泡材料(同時(shí)含有木質(zhì)素與具有由式1表示的結(jié)構(gòu)的表面活性劑)在具有接近的發(fā)泡倍率時(shí)可以具有較佳的壓縮強(qiáng)度。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。